過瘤胃蛋白質保護技術在反芻動物飼料中的應用

文/王國艮 葛旭升

〔內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司〕

關鍵字：過瘤胃蛋白質；反芻動物；瘤胃降解率；保護技術

1 過瘤胃蛋白質簡介

1.1 過瘤胃蛋白質定義及作用

早在20世紀70年代，歐美等發(fā)達國家就針對反芻動物飼料蛋白質的品質和需要量，提出了新的概念體系。1989年美國國家科學研究委員會（NRC）首次明確提出過瘤胃蛋白質的概念，將反芻動物對蛋白質的需要量分為可降解攝入蛋白質（DIP） 和非降解攝入蛋白質（UIP）。而英國的新蛋白質體系中（ARC，1980；AFRC修訂，1992），則將蛋白質分為瘤胃降解蛋白質（RDP）和瘤胃非降解蛋白質（UDP）。瘤胃降解蛋白質（RDP)是能被瘤胃微生物所降解的蛋白質，80%～100%可合成菌體蛋白。瘤胃非降解蛋白質（UDP）是不能被瘤胃微生物降解的蛋白質，即過瘤胃蛋白質，可直接進入腸道，被消化吸收[1]。

過瘤胃蛋白質調控的主要作用是降低飼料蛋白質在瘤胃內的降解率，保護部分優(yōu)質飼料蛋白質，避免其在瘤胃中被降解為低品質的菌體蛋白質，提高小腸內各類氨基酸質量和數(shù)量，同時可滿足部分反芻動物對蛋白質的需要量，提高其生產性能。例如，快速生長的犢牛和高產奶牛（尤其是泌乳初期）對氨基酸需要量很大，當能量一定，氮源充足時，微生物菌體蛋白質的產量相對穩(wěn)定[2]。要滿足反芻動物的氨基酸需要，達到理想生產性能，只能通過增加過瘤胃蛋白質水平來解決小腸氨基酸供應量不足的矛盾。

1.2 提高過瘤胃蛋白質的意義

研究表明，利用有效的技術提高優(yōu)質蛋白質飼料，通過反芻動物的瘤胃可以明顯提高反芻動物的生產性能[3]。因為非降解蛋白質所提供的氨基酸，可以補充蛋白質保護后由于瘤胃發(fā)酵不足所損失的部分微生物菌體蛋白質的氨基酸[4]。左瑞華等[5]在試驗中用過瘤胃蛋白質替代豆粕飼料飼喂奶牛，結果發(fā)現(xiàn)其試驗組的產奶量、乳蛋白比對照組均有顯著提高。黃虎平等[6]的試驗結果也表明這一點。當今社會，環(huán)境問題受到越來越多的人關注，由于飼料中蛋白質的瘤胃降解率過高，導致反芻動物的氮排放不斷增加，易造成環(huán)境污染。趙國琦等[7]用過瘤胃技術處理的大豆粕飼喂薩福克綿羊，試驗結果表明，提高過瘤胃蛋白質能使瘤胃內氨濃度顯著下降（P＜0.05），從而提高氮利用率，減少環(huán)境污染。

2 過瘤胃蛋白質保護技術和效果評價

2.1 化學處理方法

2.1.1 甲醛處理

由于甲醛具有強還原性，與蛋白質分子的氨基、羧基、巰基能發(fā)生烷基化反應，使其溶解度降低，并在酸性條件下使甲醛與蛋白質發(fā)生可逆性反應，這樣飼料蛋白質在瘤胃中的降解率就會降低，而當飼料蛋白質到達奶牛皺胃（真胃）后，由于真胃中的強酸性，環(huán)境pH值逐漸降低，蛋白質與甲醛逐漸分離，并被消化道中蛋白酶等降解，供反芻動物體內所利用，進而增加了優(yōu)質蛋白質的過瘤胃率[8]。雖然利用甲醛處理飼料可以降低蛋白質在反芻動物瘤胃內的降解率，但是甲醛具有一定毒性，所以利用甲醛進行化學處理時，使用量一定要非常慎重。徐淑倩等[9]用甲醛處理的生豆餅飼喂生長羯羊，結果表明，甲醛水平為0.6% 時具有積極的保護效果，可提高進入十二指腸食糜非氨態(tài)氮、過瘤胃蛋白氮產量及氮的沉積率，而對微生物氮產量及氮在瘤胃后的消化率均無顯著影響（P＞0.05）。當使用1.2%的甲醛處理的生豆餅飼喂羯羊時，其微生物氮產量和日糧氮在瘤胃后消化率顯著降低（P＜0.05）。任莉等[10]研究了不同水平甲醛對豆粕和棉粕蛋白質的保護效果，結果發(fā)現(xiàn)甲醛處理可以大幅度降低飼料蛋白質在瘤胃中的降解率，其中0.7%甲醛處理可使豆粕和棉籽粕過瘤胃蛋白質分別提51.9%和26.3%，0.5%甲醛處理可使豆粕和棉籽粕過瘤胃蛋白質分別提高44.7%和10.4%。

2.1.2 單寧處理

單寧是多羥基酚類化合物，有很強的極性，與蛋白質發(fā)生兩種類型的反應，一類為水解反應，在真胃酸性條件下可逆，易被反芻動物消化利用；另一類為不可逆的縮合反應，降低了飼料的適口性，抑制酶和微生物活性，與蛋白質形成了不良復合物，降低消化率[11]。張曉慶等[12]將豆粕用不同濃度的水解單寧處理后飼喂羯羊，結果表明水解單寧可降低豆粕中干物質和蛋白質在反芻動物瘤胃中的降解率，用量為5%時有明顯作用，10%～15%時變化幅度最大。濃縮單寧是結合蛋白質和抑制瘤胃降解的天然植物補充復合物。Corté等[13]利用從朱櫻花、大葉千斤拔和銀合歡中提純的縮合單寧處理大豆粕，測定對瘤胃液中和過瘤胃后鹽酸胃蛋白酶溶液中降解的影響，結果發(fā)現(xiàn)添加縮合單寧后瘤胃液中干物質和粗蛋白降解率極顯著降低（P＜0.001）。DeyA等[14]將波葉榕中提取的縮合單寧處理蛋白質補充劑，再飼喂雜交泌乳牛，發(fā)現(xiàn)奶牛的產奶量和牛奶中尿素氮濃度明顯增加（P＜0.05）。

2.2 熱處理

熱處理主要是利用蛋白質高溫易變性的原理，在高溫條件下，蛋白質分子的疏水基暴露在分子表面，降低了蛋白質的溶解度，從而使蛋白質在瘤胃中的降解率有所降低。蔣林樹等[15]利用尼龍袋法分別比較研究了大豆粕、膨化全脂大豆對瘤胃干物質、蛋白質降解率及瘤胃動態(tài)降解參數(shù)的影響，與大豆粕相比，膨化全脂大豆干物質及蛋白質的快速降解組分比例顯著下降（P＜0.0001）。Kumar等[16]研究也發(fā)現(xiàn)，隨著烘焙溫度的不斷增加，大豆餅粕的有效蛋白質降解率逐漸減低，并且將大豆餅粕在160 ℃條件下烘焙30 min，大豆餅粕蛋白質在瘤胃中降解率達到最低。膨化能夠顯著降低大豆蛋白質的瘤胃降解率，進而提高蛋白質的過瘤胃比例。但在用加熱方式處理餅粕類飼料時要注意加熱時間和溫度等，根據飼料本身的特點做出相應調整，盡量減少熱處理對飼料中氨基酸的破壞程度。

2.3 物理包被

用全血、白蛋白、乳清蛋白、蛋清對飼料蛋白質進行包被可以起到保護蛋白質免受降解的作用[4]。李福昌[17]將全血撒到蛋白補充料上，然后在100 ℃下干燥，用尼龍袋法測得蛋白質消失率顯著下降。Mir等[18]用全血處理豆餅時發(fā)現(xiàn)，氮進食量和沉積率顯著增加。

2.4 美拉德反應保護

美拉德反應是利用飼料中羰基化合物（還原糖類）和氨基化合物（氨基酸和蛋白質）間的反應。影響美拉德反應的重要因素，除氨基酸種類及還原糖的種類外，還與溫度、時間、保護劑添加濃度、水分、pH值等有關[1]。如何控制美拉德反應達到最適當加熱程度，是成功保護大豆粕蛋白質的關鍵。理想的保護效果應該是降低保護豆粕蛋白質的瘤胃降解率，而在小腸中的消化、吸收不受影響。國春艷[2]采用瘤胃尼龍袋法和兩步法分別評定經不同加熱溫度、不同戊糖添加濃度復合處理后豆粕樣品的瘤胃蛋白質降解率。結果表明：戊糖濃度、加熱溫度和加熱時間長度都影響豆粕蛋白質保護的效果，蛋白質瘤胃降解率隨著戊糖濃度的增加、加熱時間的延長、加熱溫度的升高而逐漸降低。楊威[4]采用瘤胃尼龍袋法和三步法分別評定經戊糖加熱復合處理后豆粕樣品的瘤胃蛋白質降解率和小腸消化率，研究表明：利用美拉德反應在糖濃度3%、140 ℃加熱90 min的條件下大豆粕可以獲得最低的瘤胃蛋白質降解率及較高的小腸可吸收蛋白質，具有較好的保護作用。

3 小結

由于甲醛具有毒副作用，利用甲醛處理的化學方法，正被行業(yè)所逐漸地淘汰。單寧又具有抗營養(yǎng)性，使用也受到限制。相比而言，熱處理是一個比較理想的處理方法，它既沒有毒性，也沒有抗營養(yǎng)性，但是需要掌握好反應溫度、反應時間和反應壓力等各種因素，才能達到最好的過瘤胃效果。物理包被法目前使用較少，需要進一步的研究論證。最后，美拉德反應法是采用美拉德反應原理對粕類蛋白質進行保護的一種全新方法，糖類是一種新型的綠色蛋白保護劑，無殘留、無污染，符合人們對綠色添加劑的需要，所以這是一個值得深入研究的技術。總之，隨著這些過瘤胃蛋白質保護技術的不斷發(fā)展，反芻動物對蛋白質的利用率也會越來越高，飼料的利用率也越來越高效。C